| 研究概要 |
本研究の目的は、大口径ウェーハ(直径300mm以上)の成膜において、申請者が開発したラジアルラインスロットアンテナを用いたマイクロ波励起高密度プラズマ装置を用いた直接酸化技術により、大口径ウェーハ上全面で均一(±2%以内)で、高品質な強誘劃薄膜(Sr_2(Ta_<1-x>, Nb_x)_2O_7:STNO膜)作製プロセス技術を、500℃以下の低温領域で確立することを目的に行われた。
SNTO膜などの強誘電体膜の従来成膜技術として、ゾルゲル法、PCVD法、CVD法、スパッタ法等が研究されているが、大面積ウェーハ上に、低温で高品なゲート絶縁膜を均一にかつ高速に形成するプロセスを確立するに至っていない。本研究では、以下こ述べる全く新しい強誘電体ゲート絶縁膜形成プロセスを開発した。まず、強誘電体膜とシリコンとの反応を防止するために、シリコン基板上にバリア膜としての超高品質・極薄シリコン窒化膜をマイクロ波励高密度プラズマにより低温(500℃)で形成する。次に、我々が開発したBalanced Electron Driftマグネトンプラズマを用いた低エネルギイオン照射による新スパッタ法によりSr、Ta、Nbを基板上に成膜する。その後、マイクロ波励起高密度プラズマによる直接酸化・結晶化を行う。
シリコン窒化膜形成では、NH^*ラジカルを用いた低島直接窒化プロセスにより、銅やボロンなど反応・拡散しやすい元素に対して完全なバリア性を有し、リーク電流が極めて小さく(現状の熱酸化膜に対してリーク電流を3桁低減)、1/fノイズが極めて小さく(現状ゲート絶縁膜に対して2桁低減)、電流ストレスに極めて強い(100C/cm^2以上)バリア膜としてのゲート糸縁膜を形成する技術を開発した。直接酸化プロセスでは、あらゆる面方位のシリコン結晶、シリコン多結晶、Sr、Ta、Nbを含む各種金属表面を酸素ラジカルを用いて低温で直接することにより、電気的特性が極て優れた酸化膜を形成することに成功した。これらの技術により、高速・高集積化に最適なFET型強誘電体メモリの作製プロセスが確立される。本技術による我が国の半導体産業全体への寄与は、計り知れない。
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